MAX25221 VCOM和TFT-LCD面板中温度补偿使用指南

本应用笔记解释了如何在TFT LCD应用中使用MAX25221可编程VCOM缓冲器。

介绍

MAX25221为4通道TFT-LCD电源IC，提供对称的正AVDD和负NAVDD电源、VGON和VGOF栅极电源以及内部数字可编程VCOM缓冲器（图1）。

VCOM 电压为 TFT-LCD 面板背板提供调谐的参考直流电压，并用作电流路径。MAX25221设计用于保持恒定的VCOM电压，同时减轻来自背板的电流尖峰。VCOM电压的尖峰和波动会导致串扰并恶化TFT-LCD的显示图像。TFT-LCD面板越大，考虑这些波动就越重要。VCOM电压的稳定性和工作温度范围内的低漂移可提高图像质量并减少亮度变化。VCOM 缓冲器输出高达 ±120mA 的峰值电流，由 IN 电源引脚和 VCOMN 上的稳压供电。

图1.MAX25221的部分框图

VCOM 缓冲区

VCOM 输出电压使用内置 I 进行编程2C接口的值介于-2.49V和+1V之间，步长为6.83mV。9位值也可以存储在非易失寄存器中。表 1 介绍了 VCOM 寄存器位的配置。VCOM电压设置的最高有效位位于VCOM25寄存器中，而最低有效位位于DELAY VCOM_LSB寄存器中的vcom25_0位。

表 1.VCOM 寄存器位
 

 

地址	名字	位
		7	6	5	4	3	2	1	0
0x08	延迟VCOM_LSB	延迟T1[1：0]		延迟T2[1：0]		延迟3[1：0]		T_comp_en	vcom25_0
0x09	VCOM25	[7:0]

 

驱动能力

VCOM 输出端的最大容性负载为 10nF。当驱动较大的容性负载时，应使用串联电阻以保持稳定性。图2显示了容性负载扫描从10nF到14.1μF、串联电阻值到1？以及不同VCOM值的仿真结果。

图2.模拟不同电压和电容值下的相位裕量。

VCOM 故障检测

如果VCOM输出电压偏离设定值超过0.25V，或者验证电流限制的时间超过tfault，则检测到VCOM故障，并使用FAULT2寄存器中的vcom_flt位进行标记。检测到此故障时，VCOM 缓冲区将继续运行 — 不会自动禁用。但是，故障情况可能导致VCOM缓冲器中的高功耗，并可能导致整个器件的热关断。如果VCOM缓冲器处于连续限流模式的时间超过tfault[1：0]设置的时间，则会标记vcom_flt位，并禁用包括VCOM、AVDD、NAVDD、VGH和VGL在内的输出，以避免损坏IC。

虚拟通信量设置

要计算VCOM值（9位），请使用以下公式写入VCOM25寄存器：

VCOM设定值与VCOM电压之间的对应关系如表2所示。

表 2.虚拟通信量设置
 

 

VCOM 寄存器值	注册0X09 [7：0]	注册0X08 [0]	VCOM 电压 （V）
0X1FF	FF	1	+1
0X1FE	FF	0	+0.99317
0X1B6	.DB	0	+0.501
—	—	—	—
0X18A	C5	0	0.2008
0X16C	B6	0	-0.0040
0X002	01	0	-2.4763
0X001	00	1	-2.4832
0X000	00	0	-2.49

 

不同的功能模式

VCOM 输出可以在不同的模式下运行：

VCOM，无温度补偿。

具有外部温度补偿功能的 VCOM。

具有内部温度补偿功能的 VCOM。

无温度补偿的 VCOM

如果选择此选项，IC将以简单模式运行，其中VCOM电压不会因温度变化而补偿，并且始终设置为根据VCOM25的值。可以将VCOM输出限制在VCOM_MIN和VCOM_MAX寄存器中设置的值之间的范围内。

如果需要此限制，引脚29（R裁判） 和 30 （TEMP） 应该是浮动的。表3列出了这种工作模式的寄存器设置。

表 3.无温度的 VCOM VCOM 寄存器位
 

 

注册		位	描述
0x08	延迟VCOM_LSB [7：0]	1	T_comp_en位启用/禁用温度补偿	[0] 禁用此功能。
		0	vcom25_0	VCOM 的 LSB 设置为 +25°C
0x09	VCOM25[7：0]	[7:0]	在从寄存器VCOM_MIN和VCOM_MAX定义的范围之间设置 VCOM 值。
0x11	VCOM_MIN[7：0]	[7:0]	定义 VCOM 的最小值。
0x12	VCOM_MAX[7：0]	[7:0]	定义 VCOM 的最大值。

 

VCOM 温度补偿

VCOM 输出电压可以使用连接到 TEMP 输入的温度敏感元件来补偿温度变化（图 3）。有时需要温度补偿VCOM来在温度变化的环境中保持显示质量。

通过在 DELAY-VCOM_LSB 寄存器中设置T_comp_en位来启用温度补偿，并根据 CONFIG 寄存器中的int_sensor位选择要使用的传感器。

这些寄存器在表4中进一步详细说明。

外部补偿保证了与显示面板相关的更准确的测量。温度敏感元件放置在显示面板上，以确保正确测量。内部补偿不太准确，因为使用内部温度传感器测量设备内部的温度。但是，此解决方案的优点是不需要外部组件。

图3.温度补偿电路。

表 4.VCOM 温度补偿寄存器
 

 

注册		位	描述
0x07	配置 [7：0]	7	int_sensor	[0]* 外部 T 传感器 [1] 内部传感器
0x08	延迟VCOM_LSB [7：0]	1	T_comp_en位启用/禁用温度补偿	[1] 启用
*默认位置

 

VCOM 外部温度补偿

VCOM输出电压使用连接到TEMP引脚的NTC热敏电阻补偿外部温度变化。VCOM 值根据随温度变化的 ADC 读数值起作用（图 4）。

图4.顶级NTC+VCOM系统

TEMP引脚被强制为625mV，从中汲取的电流镜像在R上裁判针。R上的电阻产生的电压裁判馈入内部 8 位 ADC，其基准电压为 1.25V。

因此，ADC的输入如下：

高度非线性的NTC特性可以根据需要最高分辨率的温度（冷、室或热）进行修改。

使用内部ADC的不同传递功能可以实现两种不同的NTC连接，如图5和图6所示。

 

图5.NTC 连接模式 1	推挽式配置

 

图7.VADC_in与温度模式 1 和模式 2 相比。显示了模式1和模式2中ADC的电压与温度的比较。

在模式 2 中，R 的值裁判、NTC、R1和R2以优化显示器工作温度范围（-30°C至+90°C）内的ADC输入范围（0至1.25V）。

如您所见，在-30°C至+90°C范围内，模式2的实现比模式1更线性，从而提高了ADC的分辨率。总体而言，可以优化电阻值，以获得符合客户要求的最佳分辨率参考。

在模式1实现中，最佳结果仅在+40°C至+90°C范围内（红色曲线在此范围内斜率更大），但最差分辨率在-40°C至+20°C范围内。

如表1所示，+25°C时的VCOM值是写入VCOM25寄存器中的值，以及来自延迟VCOM_LSB寄存器的LSB。在启动阶段，温度补偿功能不会立即启用。因此，器件始终以 VCOM 上的 VCOM25 电压值启动。为了消除高度非线性的NTC特性，同时保持高分辨率，引入了四个断点，如图8所示。对于每个单独的断点，定义与温度相关的VTEMP值和所需的VCOM值（表5）。

表 5.VCOM 断点
 

 

断点	临时	vtemp	威康
1	低	VTEMP_L	VCOM_L *
2	25	VTEMP25	VCOM_25
3	H1	VTEMP_H1	VCOM_H1*
4	H2	VTEMP_H2	VCOM_H2**

 

*VCOM_L和VCOM_H1寄存器中的 5 位值表示 VCOM 在 ADC 读数为 VTEMP_L 和 VTEMP_H1 表示的温度下与 VCOM25 值的变化。

**VCOM_H2寄存器中的值表示VCOM从VCOM_H1的积极转变。

VCOM_L值表示 VCOM 的负偏移，而VCOM_H1和 VCOM_H2 表示正偏移。

图8.温度补偿曲线。

表 6 描述了要为此操作模式配置的寄存器。

表 6.带温度补偿寄存器的VCOM
 

 

注册		位	描述
0x07	配置 [7：0]	7	int_sensor	[0]* 外部 T 传感器
0x08	延迟VCOM_LSB [7：0]	1	T_comp_en位启用/禁用温度补偿	[1] 启用
		0	vcom25_0	VCOM 的 LSB 设置为 25°C
0x09	VCOM25[7：0]	[7:0]	将 VCOM 值设置为 25°C
0x0A	VCOM_L[7：0]	[4:0]	Delta VCOM 在对应于 VTEMP_L 的温度下。该值设置了 25°C 时的 VCOM 值与 VTEMP_L 时的 VCOM 值之间的差异。
0x0B	VCOM_H1[7：0]	[4:0]	达美VCOM在VTEMP_H1。该值设置了 25°C 时的 VCOM 值与 VTEMP_H1 时的 VCOM 值之间的差异。
0x0C	VCOM_H2[7：0]	[4:0]	达美VCOM在VTEMP_H2。此值设置 VCOM 值在 VTEMP_H1 处和在VTEMP_H2处的 VCOM 值之间的差异。
0x0D	VTEMP25	[7:0]	25°C 时 TEMP* 引脚上的电压。
0x0E	VTEMPL	[7:0]	TEMP* 引脚上的电压对应于 VCOM 补偿曲线中的低温断点。
0xF	VTEMP_H1	[7:0]	TEMP 引脚上的电压对应于 VCOM 补偿曲线中的第一个高温断点。
0x10	VTEMP_H2	[7:0]	TEMP 引脚上的电压对应于 VCOM 补偿曲线中的第二个高温断点

 

具有内部温度补偿功能的 VCOM

在这种模式下，VCOM输出电压使用内部温度传感器补偿温度变化。内部温度传感器检测 IC 的结温，该结温可能与环境温度明显不同（图 9）。

图9.内部温度补偿系统。

要使用内部传感器，请将 CONFIG 寄存器中的int_sensor位设置为 1。内部温度传感器的温度系数为2mV/°C，25°C时的标称输出电压为620mV，如图10所示。

图10.VADC 输入与温度的关系。

示例ADC结果与温度的关系

这是如何配置VCOM输出电压寄存器的示例。

在 25°C 时具有 10kO 电阻的 NTC 和具有 330O 电阻的 R1 从 TEMP 连接到 GND。R型裁判电阻为 2400O，带模式 2 连接。

在不同的温度下，将在R上观察到以下电压裁判以及ADC测量结果如下表7所示。有关各种 VCOM 寄存器设置的示例，请参阅表 8

VTEMP HEX 列指示每个温度的 VADC 电压。VCOM 列表示每个温度下所需 VCOM 电压与 VCOM25 之间的增量。DES VCOM 电压表示每个温度下所需的 VCOM 电压值。

* 低频输出 4.89mV

**低频 6.83mV

表 7.ADC 电压与温度的关系
 

 

温度 （°C）	NTC （k？	伏直流电 （毫伏）	vtemp		威康			DES VCOM 电压 （V）
			十六进制*	__	__	（毫伏）	十六进制**
-30	113.3	13.2	0x02	VTEMPL	威康尔	90	0x0D	-1.09
25	10.0	145	0x1D	VTEMP25	VCOM25	0	__	- 1.0
60	3.0	448	0x5B	VTEMP_H1	VCOM_H1	20	0x03	-0.98
85	1.5	881	0xAC	VTEMP_H2	VCOM_H2	70	0x0A	-0.91

 

表 8.VCOM 寄存器设置示例
 

 

注册	田	设置	笔记
DELAYVCOM_LSB[7：0]	vcom25_0	0	9 位值为 011011010 或 0xDA，对应于 -1V
VCOM25	vcom25[7：0]	0x6D
VCOM_L	vcom_l[4：0]	0x0D	表示从 VCOM25 偏移 -89mV
VCOM_H1	vcom_h1[4：0]	0x03	表示从VCOM25的+20mV偏移
VCOM_H2	vcom_h2[4：0]	0x0A	表示+68mV从VCOM_H1的偏移
VTEMP25	vtemp25[7：0]	0x1D	+25°C时的ADC结果
VTEMP_L	vtemp_l[7：0]	0x02	-30°C 时的 ADC 结果
VTEMP_H1	vtemp_h1[7：0]	0x5B	+60°C 时的 ADC 结果
VTEMP_H2	vtemp_h2[7：0]	0xAC	+85°C 时的 ADC 结果

 

通过这些设置，VCOM输出电压在+25°C时为-1V。 但是，如果温度变化并且TEMP电压值调整为13.2mV，则VCOM电压将根据VCOM_L寄存器中的设置降低到-1.09V。以类似的方式，当TEMP电压分别为448mV和881mV时，VCOM_H1和VCOM_H2值分别在VCOM上输出。在这些值之间，器件以6.83mV的分辨率插值正确的VCOM电压值。完整的曲线如图11所示。

图 11.温度补偿曲线示例值。

结论

VCOM缓冲器提供-2.55V至+1V范围内的高精度电压，步长为6.83mV （9位）。它使用9位字进行编程以设置一个值，该值可以存储在非易失性存储器中。此功能保证了TFT LCD的参考背板电压，可以针对不同的面板进行调整，有助于减少显示像差。其他优势包括使用具有良好可配置性的最小外部组件，以保证具有高质量和高可靠性的低成本解决方案。此外，热补偿功能保证了温度范围内的低漂移，以满足客户的要求。

审核编辑：郭婷